浅谈公路导线测量技术

摘要：本文主要阐释公路导线测量技术，分析导线类型，研究导线优化的标准，以及优化方法对公路工程的影响，对导线误差进行分析对内业计算进行了详细分析。

关键词：公路工程 公路测量 导线测量 导线优化

1、引言

一旦出现了测量误差不能满足设计要求的情况，应该从以下几个方面来进行分析：测距仪输入的加和乘常数是否准确，棱镜常数是否准确，光学对点的基座是否准确，架设仪器，光学对点后用垂球检查。检查仪器的视准轴、垂直轴以及旋转轴相互关系是否正确。若出现仪器、基座的问题，应当更换设备。

2、公路导线优化布设设计

2.1导线布设形式

（1）闭合导线

从某点（非高级控制点也可以）出发，最终又回到原点，会出现一个闭合多边形。此多边形适用于局部地区的测图控制，比如公路收费点、道班房、加油站、桥址等测量的测图控制。

（2）附合导线

从某个高级控制点出发，最终与另一高级控制点复合的导线。可以用于公路上带状区域的测图控制。

（3）支导线

从一控制点2出发，不仅不闭合而且不附合在控制点上的这样的支导线不存在已知点进行核对与矫正，错误不容易被发现，所以点数不适宜过多，不超过2到3个点为最佳。

2.2导线网优化设计的标准

在基础设计控制网的阶段，设计的依据和目的是质量标准，同时也是评定控制网的质量的一个重要指标。质量标准中包含可靠性标准、精度标准、费用标准、可区分标准以及灵敏度标准等。其中最常用的是可靠性标准、精度标准和费用标准。

（1）精度标准

控制网的精度标准前提是观测值只存在随机误差，运用坐标参数的方差―协方差阵Dxx和协因数阵 来进行度量，要求网中的目标成果精度达到或者是超过预定精度。

（2）可靠性标准

可靠性理论的前提是考虑到观测值中不仅含有随机误差，还含有粗差，而且把粗差归到函数模型中来评价网的质量。网的可靠性，指的是控制网可以发现观测值中存在的粗差以及弥补残存的粗差对平差结果造成影响的功能。

（3）费用标准

任何控制网的布设都不能够只要求高精度以及高可靠性却不考虑经费的问题，特别是在注重经济效益的今天更加地明显。网的优化与设计，即为设计出在经费最小（或没超过某个限度）的前提下使得其他质量指标能够达到要求的布网方案最大原则。在经费一定的前提之下，使得控制网的精度以及可靠性达到最高或可靠性可以满足一定限制下使精度最高且最小的原则。在令精度以及可靠性指标到达一定的条件下，使经费的支出达到最小。

2.3优化设计的方法

控制网优化设计的方法大概可以分为两种即解析法和模拟法。

（1）解析法

解析法是将设计问题表述为含有待求的设计变量（如观测权、点位坐标等）的线性和非线性方程组，或者是线性和非线性数学规划的问题。解析法的有点包括计算机时较少、理论上较严密等，但是它的数学模型构造比较困难，最优解可能不符合实际或可行性差，程序设计较费时以及权的离散化等缺陷。解析法能够适用于各类设计问题，尤其是零类设计问题。

（2）模拟法

模拟法是指对于经验设计的初步网形以及观测精度模拟一组起始数据和观测值并输入计算机，按参数平差，组成误差方程、法方程、求逆，从而求得未知参数的协因数阵（或方差―协方差阵），计算未知参数和它的函数精度，估算其成本，或进一步计算可靠的数值等信息；与预定精度要求、可靠性和成本要求等相比；根据计算所提供的信息以及设计人员的经验，修正控制网的基准、网形、观测精度等。接着重复以上计算，必要时再对其进行修正，直到获得符合各项设计要求较为理想的方案。模拟法的优点包括设计计算的简单，设计程序容易编制，并因为优化过程能够利用设计者已有经验随时进行人工的干预。其计算结果可以用计算机和绘图仪输出并显示，进行人机对话，使得设计过程获得较高效率，使用灵活。它的缺点即较费机时，计算量比较大，得出的结果相对解析法来说，在严格的数学意义上可能并不是最佳解。但从实际应用角度来讲，模拟法拥有更大优越性。一类可能发展的方向就是解析法和模拟法取长补短并互相结合，使优化设计的计算方法更加合理。

3、测量的内业计算

在公路带状区域测量当中，先要将导线控制点按照坐标画在图纸上，然后根据导线点来对其碎部测量。导线计算即算出各个导线边的方位角以及各导线点的坐标。计算前，需仔细检查所有的外业资料计算正确与否，其各项误差是否在规定范围以内，来保证原始资料正确性。同时绘制导线略图，标明已知数据和观测数据，以便对导线进行计算。

（1）准备工作

把校核过的外业观测数据和起算数据填在“闭合导线坐标计算表”内。

（2）角度闭合差的调整

测量角度避免不了含有一定的误差，导致实测的内角的和不等于理论值，出现角度闭合差；各等级导线的角度闭合差容许值fβ容，fβ超出容许值明所测角度，与要求不符，应该重新检测角度。如果fβ不超过fβ容，则能够把闭合差反符号平均地分配到各个观测角里，进行计算校核。

（3）推算各边的坐标方位角

将起始边的已知坐标方位角和改正后的水平角作为依据，按以下公式来推算其它各导线边坐标方位角。最终推算出起始边坐标方位角，应该和原有的起始边已知坐标方位角的值相同，否则重新进行检查计算。

（4）坐标增量计算

将纵坐标设为x轴，横坐标设为y轴，导线边长设为D，导线边的方位角设为R。导线边两端点的坐标差是坐标的增量。纵坐标增量 x和横坐标增量 y表示：坐标增量计算方法，以前是用对数表进行计算，随着科学技术的发展，现在均采用电子计算器进行计算，把坐标方位角和边长数据依照计算程序直接输到计算器里，就可以直接获得 x和 y的值。

（5）坐标增量闭合差的计算和调整

闭合导线坐标增量的代数和理论上应该分别等于零。可是由于实际存在量边的误差和角度闭合差调整后的残余误差，经常使得 和 为零，将fD与导线全长 比较，用分子为1的分数表示导线全长的相对闭合差，用导线全长的相对闭合差K衡量导线的测量精度，K的分母越大，其精度越高。不同等级的导线全长的相对闭合差容许值K容，若K超过K容，则证明其结果不合格，应当首先检查内业计算是否错误，必要时应重新测量。

各导线边的坐标的增量加上相应改正数，得出各导线边改正之后坐标增量，改正之后横纵坐标增量的代数和应分别为零，来进行计算校核。

（6）计算各导线点的坐标

依照起点的已知坐标和改正后的坐标增量，用以下式子依次推算各点的坐标，然后还需推算起点的坐标，该值应与已知数值相等，来作校核。

4、结语

导线测量是公路工程中常见形式，在此过程中也经常会出现问题，因此，公路导线测量必须经过严格设计，同时要精心的对导线优化处理才能保证导线精度。但是随着测量仪器设备的精度不断提高，支导线在公路工程中应用的也逐渐广泛起来。

参考文献：

[1]陈勇，等.山岭重丘区高速公路导线距离归化计算 [J].赤子. 2012.4.

[2]吕少华.严密平差法在公路导线测量中的应用 [J].黑龙江交通科技. 2011.7.

[3]王会喜.高等级公路导线复测检查的重点环节 [J].中国交通建设监理. 2010.10.

作者简介：

曾涛（1976.5―― ），新疆石河子人，1998年毕业于新疆工学院测量工程专业， 现任武警警种学院交通系基础教研室主任。主要从事工程测量，道路施工等课程教学科研工作。